Типы электростанций
Основным назначением электрических станций является выработка электрической энергии для снабжения ею промышленного и сельскохозяйственного производства, коммунального хозяйства и транспорта. Часто электростанции обеспечивают также паром и горячей водой предприятия и жилые здания [8; 14].
На электростанциях, предназначенных только для производства электроэнергии, устанавливаются паровые турбины с глубоким вакуумом в конденсаторе, так как чем ниже давление пара на выходе из турбины, тем большая часть тепловой энергии рабочей среды превращается в электрическую. При этом основной поток пара конденсируется и большая часть тепловой энергии, содержащейся в паре, теряется с охлаждающей водой.
Тепловые электрические станции (ТЭС), предназначенные только для производства электроэнергии, называют конденсационными (КЭС). КЭС, работающие на органическом топливе, строят обычно вблизи мест добычи топлива.
Электростанции, предназначенные для комбинированного производства электрической и тепловой энергии, имеют паровые турбины с промежуточным отбором пара или с противодавлением. На таких установках тепло отработанного пара частично или даже полностью используется для теплоснабжения, вследствие чего потери тепла с охлаждающей водой сокращаются или вообще не наблюдаются (на установках с турбогенераторами с противодавлением). Однако доля энергии, преобразованной из тепловой в электрическую, при одних и тех же начальных параметрах пара на установках с теплофикационными турбинами ниже, чем на установках с конденсационными турбинами. ТЭС, на которых отработанный пар, наряду с выработкой электроэнергии, используется для теплоснабжения, называют теплоэлектроцентралями (ТЭЦ). Обычно их строят вблизи потребителей тепла – промышленных предприятий или жилых массивов.
Если для производства электроэнергии используются конденсационные установки, а тепловая энергия для теплоснабжения вырабатывается в отдельной энергетической установке, установки называют раздельными.
На атомных электростанциях (АЭС), как и на электростанциях, работающих на органическом топливе, осуществляется процесс превращения тепловой энергии в электрическую. Различие между процессами, происходящими на АЭС и ТЭС, состоит лишь в том, что в первом случае тепловая энергия выделяется при распаде ядер тяжелых элементов, используемых в качестве топлива, во втором – в процессе горения топлива.
Тепловые схемы АЭС разнообразны, хотя её паротурбинная часть остается практически такой же, как и на обычной электростанции.
АЭС всегда строят вблизи потребителей электрической энергии, так как транспортировка ядерного топлива незначительно отражается на стоимости электроэнергии. Передача электроэнергии на большие расстояния связана с потерями и требует крупных капиталовложений на строительство линий электропередачи; транспортировка органического топлива приводит к его удорожанию, что при больших расстояниях заметно отражается на стоимости электроэнергии. Конечно, при выборе площадки необходимо учесть ряд требований, в первую очередь – наличие водных источников.
АЭС могут быть конденсационными электростанциями (АКЭС) и теплоэлектроцентралями (АТЭЦ). В последние годы в некоторых странах (Россия, США и другие) большое внимание уделяется использованию тепла комбинированных атомных установок для опреснения морских и солончаковых вод. Очевидно, что станции такого типа будут строиться в местах, где ощущается недостаток пресной воды.
Тепловые конденсационные электрические станции преобразовывают энергию органического топлива вначале в механическую, а затем – в электрическую. Механическую энергию упорядоченного вращения вала получают с помощью тепловых двигателей, преобразующих энергию неупорядоченного движения молекул пара или газа.
Все тепловые двигатели подразделяются так:
· по виду используемого рабочего тела (пар или газ);
· по способу преобразования тепловой энергии в механическую – поршневой или роторный (табл. 5). При поршневом способе для преобразования используется потенциальная энергия рабочего тела, получаемая при его нагревании. При роторном используется кинетическая энергия движущихся с большой скоростью частиц рабочего тела.
Таблица 5
Способы преобразования тепловой энергии в механическую
| Преобразование энергии | Рабочее тело | |
| Пар | Газ | |
| Поршневой | Паровая машина | Двигатель внутреннего сгорания |
| Роторный | Паровая турбина | Газовая турбина |
В настоящее время наибольшее распространение получили двигатели внутреннего сгорания, применяемые на автомобильном транспорте. В стационарной энергетике они применяются ограниченно. В качестве тепловых двигателей на электрических станциях используют также газовые турбины. Для повышения эффективности работы тепловых двигателей стремятся максимально увеличить температуру рабочего тела и его давление до значений, приемлемых по условиям механической прочности конструкционных материалов.
В современных паровых установках, составляющих основу энергетики, используют пар при температуре около 600 °С и давлении 30 МПа. Для охлаждения рабочего тела (пара) обычно применяют холодную воду, которая понижает его температуру до 30 – 40 °С, при этом давление пара резко падает.
При этом происходят следующие основные процессы теплового цикла паровых установок: в парогенераторах – подвод теплоты; в турбинах – расширение пара; в конденсаторах – отвод теплоты; в турбинах – расширение пара; в конденсаторах – охлаждение. С помощью насосов высокого давления проводится сжатие, при котором конденсат нагнетается в парогенератор.